具有貯存器和可變釋放功能的能量回收系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】公開一種用于機器（10）的擺動能量回收系統(tǒng)（50）。擺動能量回收系統(tǒng)可具有被構(gòu)造成加壓流體的泵（58）、通過來自泵的加壓流體流驅(qū)動的馬達（49）和被構(gòu)造成接收從馬達排放的加壓流體并將加壓流體選擇性地供應(yīng)到馬達的能量回收布置（104）。選擇器閥（120）、填充閥（122）和排放閥（124）可以選擇性地用于填充和排放至少一個貯存器（108、110）。擺動能量回收系統(tǒng)還可具有與馬達相關(guān)的壓力釋放閥（146）和與能量回收布置和壓力釋放閥連通的控制器（100）。控制器可被構(gòu)造成根據(jù)能量回收布置的操作狀況選擇性地調(diào)節(jié)壓力釋放閥的設(shè)置。
【專利說明】具有貯存器和可變釋放功能的能量回收系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體涉及一種液壓系統(tǒng)，并特別是涉及一種具有可變釋放功能的擺動能量回收系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]例如液壓挖掘機和前鏟的擺動式挖掘機器需要很大的液壓壓力和流量，以便將材料從挖掘位置轉(zhuǎn)移到傾卸位置。這些機器將高壓流體從發(fā)動機驅(qū)動泵引導(dǎo)經(jīng)過擺動馬達以便在每次擺動開始時加速加載的作業(yè)工具，并且接著在每次擺動結(jié)束時限制離開馬達的流體流以減緩和停止作業(yè)工具。
[0003]與這種液壓布置相關(guān)的一個問題涉及效率。特別是，在每次擺動結(jié)束時離開擺動馬達的流體由于加載作業(yè)工具的減速而處于相對高的壓力下。除非回收，與高壓流體相關(guān)的能量會被浪費。另外，在每次擺動結(jié)束時離開擺動馬達的這種高壓流體的限制會造成流體加熱，這必須通過機器的增加冷卻能力來適應(yīng)。
[0004]改善擺動式機器的效率的一種嘗試在2011年3月22日授權(quán)的Zhang等人的美國專利N0.7，908，852 (’ 852專利)中公開?！?852專利公開一種用于包括貯存器的機器的液壓控制系統(tǒng)。貯存器存儲來自擺動馬達的流出的油，該油已經(jīng)通過機器的上部結(jié)構(gòu)施加在運動的擺動馬達上的慣性轉(zhuǎn)矩加壓。貯存器中的加壓的油接著選擇性地被重新使用，以便在隨后擺動的過程中通過將累積的油供應(yīng)回到擺動馬達中來使擺動馬達加速。
[0005]雖然’852專利的液壓控制系統(tǒng)可以在一些情況下幫助改善擺動式機器的效率，它還不太理想。特別是，在’ 852專利中描述的貯存器的排放過程中，離開擺動馬達的一些加壓流體會仍具有被浪費的有用能量。另外，’ 852專利只設(shè)置用于單一釋放壓力設(shè)置，在一些情況下，例如在涉及貯存器的故障的情況下，這會有問題。
[0006]本發(fā)明的擺動能量回收系統(tǒng)針對克服以上提出的一個或多個問題和/或現(xiàn)有技術(shù)的其他問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的一個方面針對一種擺動能量回收系統(tǒng)。擺動能量回收系統(tǒng)可包括被構(gòu)造成加壓流體的泵、通過來自泵的加壓流體流驅(qū)動的馬達以及被構(gòu)造成接收從馬達排放的加壓流體并將加壓流體選擇性地供應(yīng)到馬達的貯存器。第一閥可布置在貯存器和馬達之間。第一閥能夠響應(yīng)于流體聯(lián)接到馬達的第一導(dǎo)管和第二導(dǎo)管之間的壓力差運動。第二閥可以布置在貯存器和第一閥之間。第二閥能夠選擇性運動以允許從馬達排放的流體進入貯存器。第三閥可以布置在貯存器和第一閥之間。第三閥能夠選擇性運動以允許從貯存器排放的流體進入馬達。響應(yīng)于馬達的減速，第一閥能夠運動到基于具有最高壓力的相應(yīng)的第一或第二導(dǎo)管將相應(yīng)的第一或第二導(dǎo)管連接到貯存器并斷開第一或第二導(dǎo)管的另一個與貯存器的連接的位置，第二閥能夠運動到允許從馬達排放的流體填充貯存器的位置，并且第三閥能夠運動到防止從馬達排放的流體進入貯存器的位置。響應(yīng)于馬達的加速，第一閥能夠運動到基于具有最高壓力的相應(yīng)的第一或第二導(dǎo)管將相應(yīng)的第一或第二導(dǎo)管連接到貯存器并斷開第一或第二導(dǎo)管中的另一個與貯存器的連接的位置，并且第三閥能夠運動到允許從貯存器排放的流體有助于馬達加速的位置。
[0008]在另一方面，擺動能量回收系統(tǒng)還可包括與馬達相關(guān)的壓力釋放閥，以及與能量回收布置和壓力釋放閥連通的控制器?？刂破骺杀粯?gòu)造成根據(jù)能量回收布置的操作狀況選擇性地調(diào)節(jié)壓力釋放閥的設(shè)置。
[0009]本發(fā)明的另一方面針對一種控制機器的方法。該方法包括加壓流體并引導(dǎo)加壓流體經(jīng)過馬達以便擺動作業(yè)工具。該方法可包括從馬達選擇性地回收流體能量并根據(jù)馬達加速和減速將回收的能量引導(dǎo)到馬達。響應(yīng)于馬達減速，該方法包括運動第一閥到基于流體聯(lián)接到馬達的第一或第二導(dǎo)管的最高壓力將相應(yīng)導(dǎo)管連接到貯存器并斷開另一導(dǎo)管與貯存器的連接的位置，運動第二閥到允許從馬達排放的流體填充貯存器的位置，并運動第三閥到防止從馬達排放的流體進入貯存器的位置。響應(yīng)于馬達加速，該方法可包括運動第一閥到基于流體聯(lián)接到馬達的第一或第二導(dǎo)管的最高壓力將相應(yīng)導(dǎo)管連接到貯存器并斷開另一導(dǎo)管與貯存器的連接的位置，并運動第三閥到允許從貯存器排放的流體有助于馬達加速的位置。
[0010]該方法還可包括通過能量回收布置從馬達選擇性地回收流體能量并將回收的流體能量引導(dǎo)到馬達，并且在壓力超過閾值壓力時選擇性地釋放與馬達連通的流體壓力。該方法可另外包括根據(jù)能量回收布置的操作選擇性地調(diào)節(jié)閾值壓力。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是在工地與拖拉車輛一起操作的示例性公開機器的示意圖；
[0012]圖2是可以與圖1的機器一起使用的示例性公開的擺動能量回收系統(tǒng)的示意圖；
[0013]圖3是可以通過圖2的擺動能量回收系統(tǒng)使用的示例性公開的控制映射；以及
[0014]圖4是可以與圖1的機器一起使用的另一示例性公開的擺動能量回收系統(tǒng)的示意圖。
【具體實施方式】
[0015]圖1示出示例性機器10，其具有相互協(xié)作以挖掘土方材料并將土方材料加載到附近的拖拉車輛12的多個系統(tǒng)和部件。在一個例子中，機器10可體現(xiàn)為液壓挖掘機。但是設(shè)想到機器10可體現(xiàn)為另一擺動式挖掘機或材料處理機器，例如背鏟、前鏟、拉索挖掘機或另一類似的機器。機器10可尤其包括被構(gòu)造成在溝槽內(nèi)或料堆處的挖掘位置18和傾卸位置20 (例如拖拉車輛12上方)之間運動作業(yè)工具16的執(zhí)行系統(tǒng)14。機器10還可包括用于執(zhí)行系統(tǒng)14的手動控制的操作站22。如果希望，設(shè)想到機器10可進行卡車裝載之外的操作，例如起重、挖溝和材料處理。
[0016]執(zhí)行系統(tǒng)14可包括通過流體致動器作用其上以運動作業(yè)工具16的聯(lián)動結(jié)構(gòu)。具體地，執(zhí)行系統(tǒng)14可包括通過一對相鄰、雙作用液壓缸28 (圖1只示出一個)相對于作業(yè)表面26豎直樞轉(zhuǎn)的吊桿24。執(zhí)行系統(tǒng)14還可包括通過單個雙作用液壓缸36相對于吊桿24圍繞水平樞轉(zhuǎn)軸線32豎直樞轉(zhuǎn)的掛桿30。執(zhí)行系統(tǒng)14還可包括可操作地連接到作業(yè)工具16以便相對于掛桿30圍繞水平樞轉(zhuǎn)軸線40豎直傾斜作業(yè)工具16的單個雙作用液壓缸38。吊桿24可樞轉(zhuǎn)地連接到機器10的框架42，而框架42可樞轉(zhuǎn)地連接到底架構(gòu)件44并通過擺動馬達49圍繞豎直軸線46擺動。掛桿30可通過樞轉(zhuǎn)軸線32和40將作業(yè)工具16樞轉(zhuǎn)地連接到吊桿24。如果希望，設(shè)想到更多或更少數(shù)量的流體致動器可包括在執(zhí)行系統(tǒng)14內(nèi)，并且以以上描述之外的方式連接。
[0017]許多不同的作業(yè)工具16可附接到單個機器10，并能夠經(jīng)由操作站22控制。作業(yè)工具16可包括用來進行特殊任務(wù)的任何裝置，例如鏟斗、叉式布置、鏟片、鏟或本領(lǐng)域已知的任何其它任務(wù)進行裝置。雖然在圖1的實施方式中被連接成相對于機器10提升、擺動和傾斜，作業(yè)工具16可替代或另外地轉(zhuǎn)動、滑動、伸展或以本領(lǐng)域已知的另一方式運動。
[0018]操作站22可被構(gòu)造成從機器操作者接收指示希望的作業(yè)工具運動的輸入。具體地，操作站22可包括一個或多個輸入裝置48，其例如體現(xiàn)為定位在操作者座椅(未示出)近側(cè)的單軸或多軸操縱桿。輸入裝置48可以是比例式控制器，其被構(gòu)造成通過產(chǎn)生指示希望的作業(yè)工具速度和/或特定方向上的力的作業(yè)工具位置信號來定位和/或定向作業(yè)工具16。位置信號可用來致動液壓缸28、36、38和/或擺動馬達49中的任何一個或多個。設(shè)想到不同輸入裝置可替代或另外包括在操作站22內(nèi)，例如方向盤、手柄、推拉裝置、開關(guān)、踏板和本領(lǐng)域已知的其它操作者輸入裝置。
[0019]如圖2所示，機器10可包括具有相互協(xié)作以便運動執(zhí)行系統(tǒng)14的多個流體部件的擺動能量回收系統(tǒng)50 (參考圖1)。特別是，擺動能量回收系統(tǒng)50可包括與擺動馬達49相關(guān)的第一回路52和與液壓缸28、36和38相關(guān)的至少第二回路54。第一回路52可尤其包括連接成按照經(jīng)由輸入裝置48接收的操作者要求來調(diào)節(jié)從泵58到擺動馬達49以及從擺動馬達49到低壓罐60的加壓流體流以造成作業(yè)工具16圍繞軸線46的擺動運動的擺動控制閥56 (參考圖1)。第二回路54可包括類似的控制閥，例如吊桿控制閥(未示出)、掛桿控制閥(未示出)、工具控制閥(未示出)、行駛控制閥(未示出)和/或并行連接以接收來自泵58的加壓流體并將廢棄流體排放到罐60的輔助控制閥，由此調(diào)節(jié)相應(yīng)的致動器(例如液壓缸 28,36 和 38)。
[0020]擺動馬達49可包括至少部分形成定位在推進器64的任一側(cè)的第一腔室和第二腔室(未示出)的殼體62。在第一腔室連接到泵58的輸出(例如經(jīng)由形成在殼體62內(nèi)的第一腔室通道66)且第二腔室連接到罐60 (例如經(jīng)由形成在殼體62內(nèi)的第二腔室通道68)時，推進器64可被驅(qū)動以便在第一方向上轉(zhuǎn)動(圖2所示)。相反，在第一腔室經(jīng)由第一腔室通道66連接到罐60且第二腔室經(jīng)由第二腔室通道68連接到泵58時，推進器64可以被驅(qū)動以便在相反方向(未示出)上轉(zhuǎn)動。經(jīng)過推進器64的流體的流速可與擺動馬達49的轉(zhuǎn)動速度相關(guān)，而推進器64上的壓力差可與其輸出轉(zhuǎn)矩相關(guān)。
[0021]擺動馬達49可包括內(nèi)置的補充和釋放功能。特別是，補充通道70和釋放通道72可在第一腔室通道66和第二腔室通道68之間形成在殼體62內(nèi)。一對相對的止回閥74和一對相對的釋放閥76可分別布置在補充通道70和釋放通道72內(nèi)。低壓通道78可在止回閥74之間以及釋放閥76之間的位置處連接到每個補充通道70和釋放通道72。根據(jù)低壓通道78和第一和第二腔室通道66、68之間的壓力差，止回閥74中的一個可打開，以允許流體從低壓通道78進入第一和第二腔室中的較低壓力的一個腔室內(nèi)。類似地，根據(jù)第一和第二腔室通道66、68和低壓通道78之間的壓力差，釋放閥76中的一個可打開以允許流體從第一和第二腔室中的較高壓力的一個腔室進入低壓通道78。顯著的壓力差可在執(zhí)行系統(tǒng)14的擺動運動的過程中通常存在于第一和第二腔室之間。
[0022]泵58可被構(gòu)造成經(jīng)由入口通道80從罐60抽吸流體，將流體加壓到希望水平，并經(jīng)由排放通道82排放流體到第一和第二回路52、54。如果希望，止回閥83可布置在排放通道82內(nèi)，以便提供加壓流體從泵58進入第一和第二回路52、54的單向流動。泵58可例如體現(xiàn)為可變排量泵(圖1所示)、固定排量泵或本領(lǐng)域已知的另一來源。泵58可以通過例如副軸(未示出)、帶(未示出)、電路(未示出)或以另一適當(dāng)方式可驅(qū)動地連接到機器10的動力源(未示出)。替代地，泵58可經(jīng)由轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換器、減速齒輪箱、電路或以任何其它適當(dāng)方式間接連接到機器10的動力源。泵58可產(chǎn)生具有至少部分通過第一和第二回路52、54內(nèi)的致動器的要求(與操作者所要求的運動相對應(yīng))確定的壓力水平和/或流速的加壓流體流。排放通道82可經(jīng)由擺動控制閥56以及在擺動控制閥56和擺動馬達49之間延伸的相應(yīng)的第一和第二腔室導(dǎo)管84、86在第一回路52內(nèi)連接到第一和第二腔室通道66、68。
[0023]罐60可構(gòu)成被構(gòu)造成保持流體的低壓供應(yīng)的存儲器。流體可例如包括專用液壓油、發(fā)動機潤滑油、傳動裝置潤滑油或本領(lǐng)域已知的任何其它流體。機器10內(nèi)的一個或多個液壓系統(tǒng)可從罐60抽吸流體并將流體返回罐60。根據(jù)希望，設(shè)想到擺動能量回收系統(tǒng)50可連接到多個單獨的流體罐或單個罐。罐60可經(jīng)由排放通道88流體連接到擺動控制閥56，并經(jīng)由擺動控制閥56和相應(yīng)的第一和第二腔室導(dǎo)管84、86連接到第一和第二腔室通道66、68。罐60還可連接到低壓通道78。如果希望，止回閥90可布置在排放通道88內(nèi)，以促進流體進入罐60的單向流動。
[0024]擺動控制閥56可具有可動以控制擺動馬達49轉(zhuǎn)動和執(zhí)行系統(tǒng)14的相應(yīng)擺動運動的元件。具體地，擺動控制閥56可包括都布置在公共塊體或殼體97內(nèi)的第一腔室供應(yīng)元件92、第一腔室排放元件94、第二腔室供應(yīng)元件96和第二腔室排放元件98。第一和第二腔室供應(yīng)元件92、96可以與排放通道82并行連接，以便調(diào)節(jié)其相應(yīng)腔室通過來自泵58的流體填充，而第一和第二腔室排放元件94、98可與排放通道88并行連接，以便調(diào)節(jié)相應(yīng)腔室排放流體。例如止回閥的補充閥99可布置在第一腔室排放兀件94的出口和第一腔室導(dǎo)管84之間以及第二腔室排放元件98的出口和第二腔室導(dǎo)管86之間。
[0025]為了驅(qū)動擺動馬達49在第一方向上轉(zhuǎn)動(圖2所示)，第一腔室供應(yīng)元件92可被轉(zhuǎn)換以允許來自泵58的加壓流體經(jīng)由排放通道82和第一腔室導(dǎo)管84進入擺動馬達49的第一腔室，而第二腔室排放元件98可被轉(zhuǎn)換以允許來自擺動馬達49的第二腔室的流體經(jīng)由第二腔室導(dǎo)管86和排放通道88排放到罐60。為了驅(qū)動擺動馬達49在相反方向上轉(zhuǎn)動，第二腔室供應(yīng)元件96可被轉(zhuǎn)換以使擺動馬達49的第二腔室與來自泵58的加壓流體連通，而第一腔室排放元件94可被轉(zhuǎn)換以允許來自擺動馬達49的第一腔室的流體排放到罐60。如果希望，設(shè)想到擺動控制閥56的供應(yīng)和排放功能(即四個不同的供應(yīng)和排放元件)都可以替代地通過與第一腔室相關(guān)的單個閥元件和與第二腔室相關(guān)的單個閥元件進行，或者通過與第一和第二腔室都相關(guān)的單個閥元件進行。
[0026]擺動控制閥56的供應(yīng)和排放元件92-98能夠響應(yīng)于通過控制器100發(fā)出的流速指令抵抗彈簧偏置通過電磁運動。特別是，擺動馬達49可在與流體進入和離開第一和第二腔室的流速相對應(yīng)的速度下轉(zhuǎn)動。因此，為了實現(xiàn)操作者希望的擺動速度，基于假設(shè)或測量的壓力的指令可被發(fā)送到供應(yīng)和排放元件92-98的電磁裝置(未示出)，造成其打開與經(jīng)過擺動馬達49的所需流速相對應(yīng)的量。該指令可以是通過控制器100發(fā)出的流速指令或閥元件位置指令的形式。
[0027]控制器100可以與擺動能量回收系統(tǒng)50的不同部件連通，以調(diào)節(jié)機器10的操作。例如，控制器100可以與第一回路52內(nèi)的擺動控制閥56的元件連通，并與和第二回路54相關(guān)的控制閥(未示出)的元件連通。根據(jù)多個操作者輸入和監(jiān)視參數(shù)，如下面更加詳細描述，控制器100可被構(gòu)造成以協(xié)調(diào)方式選擇性地致動不同控制閥，以便有效地執(zhí)行操作者所要求的執(zhí)行系統(tǒng)14的運動。
[0028]控制器100可包括相互協(xié)作以完成根據(jù)本發(fā)明的任務(wù)的存儲器、二次存儲裝置、時鐘和一個或多個處理器。能夠通過商業(yè)得到的多種微型處理器可被構(gòu)造成執(zhí)行控制器100的功能。應(yīng)該理解到控制器100可容易體現(xiàn)為通用機器控制器，其能夠控制機器10的多種其它功能。多種已知的回路可與控制器100相關(guān)，包括信號調(diào)節(jié)回路、通訊回路和其它適當(dāng)回路。還應(yīng)該理解到控制器100可包括一個或多個特定應(yīng)用的集成電路(ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、計算機系統(tǒng)和被構(gòu)造成允許控制器100按照本發(fā)明操作的邏輯回路。
[0029]在一種實施方式中，通過控制器100監(jiān)視的操作參數(shù)可以包括第一和/或第二回路52、54內(nèi)的流體壓力。例如，一個或多個壓力傳感器102可根據(jù)策略定位在第一腔室和/或第二腔室導(dǎo)管84、86內(nèi)，以感測相應(yīng)通道的壓力，并產(chǎn)生指示引導(dǎo)到控制器100的壓力的相應(yīng)信號。根據(jù)希望，設(shè)想到任何數(shù)量的壓力傳感器102可放置在第一和/或第二回路52,54內(nèi)的任何位置。如果希望，還設(shè)想到例如速度、溫度、粘度、密度等其它操作參數(shù)也可或替代地得到監(jiān)視并用來調(diào)節(jié)擺動能量回收系統(tǒng)50的操作。
[0030]擺動能量回收系統(tǒng)50可與和至少第一回路52連通的能量回收布置104配合。能量回收布置104可包括任何部件或部件組合，其被構(gòu)造成從廢棄流體(從擺動馬達49排放)選擇性地汲取和回收能量。例如，能量回收布置(ERA) 104可尤其包括回收閥組(RVB) 106，其能夠在泵58、擺動馬達49、被構(gòu)造成經(jīng)由RVB106與擺動馬達49選擇性連通的第一貯存器108以及同樣被構(gòu)造成與擺動馬達49選擇性連通的第二貯存器100之間流體連接。在公開的實施方式中，RVB106可固定和機械地連接到擺動控制閥56和擺動馬達49之一或兩者，例如直接連接到殼體62和/或直接連接到殼體97。RVB106可包括能夠流體連接到第一腔室導(dǎo)管84的內(nèi)部第一通道112和能夠流體連接到第二腔室導(dǎo)管86的內(nèi)部第二通道114。第一貯存器108可經(jīng)由導(dǎo)管116流體連接到RVB106，而第二貯存器110可經(jīng)由導(dǎo)管118流體連接到與罐60并行的排放通道78和88。
[0031]RVB106可容納選擇器閥120、與第一貯存器108相關(guān)的填充閥122和與第一貯存器108相關(guān)并與排放閥122并行布置的排放閥124。選擇器閥120可根據(jù)第一和第二通道112、114的壓力選擇性地將第一和第二通道112、114之一與填充和排放閥122、124流體連通。填充和排放閥122、124能夠響應(yīng)于來自控制器100的指令運動，以便將第一貯存器108與選擇器閥120選擇性流體連通，以便流體填充和排放目的。
[0032]選擇器閥120可以是先導(dǎo)操作的2位置三通閥，其能夠響應(yīng)于第一和第二通道112,114內(nèi)的流體壓力(即響應(yīng)于擺動馬達49的第一和第二腔室內(nèi)的流體壓力)運動。特別是，選擇器閥120可包括閥元件126，其能夠從第一通道112經(jīng)由內(nèi)部通道128流體連接到填充和排放閥122、124的第一位置(圖2所示)朝著第二通道114經(jīng)由通道128流體連接到填充和排放閥122、124的第二位置(未示出)運動。在第一通道112經(jīng)由通道128流體連接到填充和排放閥122、124時，流過第二通道114的流體可通過選擇器閥120防止，并且反之亦然。第一和第二先導(dǎo)通道130、132可將來自第一和第二通道112、114的流體連通到閥元件126的相對端，使得第一或第二通道112、114的較高壓力的通道可造成閥元件126運動，并經(jīng)由通道128將相應(yīng)通道與填充和排放閥122、124流體連接。
[0033]填充閥122可以是電磁操作的可變位置的兩通閥，其能夠響應(yīng)于來自控制器100的指令運動，以允許來自通道128的流體進入第一貯存器108。特別是，填充閥122可包括閥元件134，其能夠從防止流體從通道128流入第一貯存器108的第一位置(圖2所示)朝著通道128流體連接到第一貯存器108的第二位置(未示出)運動。在閥元件134遠離第一位置(即位于第二位置或在第一和第二位置之間的另一位置)并且通道128內(nèi)的流體壓力超過第一貯存器108內(nèi)的流體壓力時，來自通道128的流體可填充(即填充)第一貯存器108。閥元件134可朝著第一位置彈簧偏壓，并能夠響應(yīng)于來自控制器100的指令運動到第一和第二位置之間的任何位置，由此改變流體從通道128到第一貯存器108內(nèi)的流速。止回閥136可布置在填充閥122和第一貯存器108之間，以便提供流體經(jīng)由填充閥122進入貯存器108的單向流動。
[0034]排放閥124的構(gòu)造可以與填充閥122大致相同，并能夠響應(yīng)于來自控制器100的指令運動，以允許來自第一貯存器108的流體進入通道128 (B卩排放)。特別是，排放閥124可包括閥元件138，其能夠從防止來自第一貯存器108的流體進入通道128的第一位置(未示出)朝著第一貯存器108流體連接到通道128的第二位置(圖2所示)運動。在閥元件138遠離第一位置(即位于第二位置或第一和第二位置之間的另一位置)并且第一貯存器108內(nèi)的流體壓力超過通道128內(nèi)的流體壓力時，來自第一貯存器108的流體可流入通道128。閥元件138可朝著第一位置彈簧偏壓，并能夠響應(yīng)于來自控制器100的指令運動到第一和第二位置之間的任何位置，由此改變流體從第一貯存器108進入通道128的流速。止回閥140可布置在第一貯存器108和排放閥124之間，以提供流體經(jīng)由排放閥124從貯存器108進入通道128的單向流動。
[0035]附加的壓力傳感器102可與第一貯存器108相關(guān)，并且如果希望，被構(gòu)造成產(chǎn)生指示第一貯存器108內(nèi)的流體壓力的信號。在公開的實施方式中，附加的壓力傳感器102可布置在第一貯存器108和排放閥124之間。但是，如果希望，設(shè)想到附加的壓力傳感器102可替代地布置在第一貯存器108和排放閥122之間，或者直接連接到第一貯存器108。來自附加的壓力傳感器102的信號可被引導(dǎo)到控制器100，以便在填充和/或排放閥122、124的調(diào)節(jié)操作中使用。
[0036]第一和第二貯存器108、110可分別體現(xiàn)為填充可壓縮氣體的壓力容器，其被構(gòu)造成存儲加壓流體以便擺動馬達49將來使用。可壓縮氣體可包括例如氮、氬、氦或另一適當(dāng)可壓縮氣體。當(dāng)與第一和第二貯存器108、110連通的流體超過第一和第二貯存器108、110的預(yù)定壓力，流體可流入貯存器108、110。由于其中的氣體是可壓縮的，它可以用作彈簧，并隨著流體流入第一和第二貯存器108、110壓縮。在導(dǎo)管116、118內(nèi)的流體壓力降低到第一和第二貯存器108、110的預(yù)定壓力以下時，壓縮氣體可膨脹并迫使第一和第二貯存器108、110內(nèi)的流體離開。如果希望，設(shè)想到第一和第二貯存器108、110可替代地體現(xiàn)為薄膜/彈簧偏壓或囊體式貯存器。
[0037]在公開的實施方式中，與第二貯存器110相比，第一貯存器108可以是更大(即大大約5-20倍)和更高壓力(即大約5-60倍的更高壓力)的貯存器。具體地，第一貯存器108可被構(gòu)造成聚集多達大約50-100L的流體(具有大約260 - 300巴的范圍內(nèi)的壓力)，而第二貯存器110可被構(gòu)造成聚集多達大約IOL的流體(具有大約5-30巴的范圍內(nèi)的壓力)。在此構(gòu)型中，第一貯存器108可主要用來幫助擺動馬達49運動，并改善機器效率，而第二貯存器可主要用作補充貯存器，以幫助減小擺動馬達49處空穴的可能性。但是，如果希望，設(shè)想到其他體積和壓力可通過第一和/或第二貯存器108、110適應(yīng)。
[0038]控制器100可被構(gòu)造成選擇性地造成第一貯存器108填充和排放，由此改善機器10的性能。特別是，通過擺動馬達49開始的執(zhí)行系統(tǒng)14的典型擺動運動可包括在其過程中擺動馬達49加速執(zhí)行系統(tǒng)14的擺動運動的時間段和擺動馬達49減速執(zhí)行系統(tǒng)14的擺動運動的時間段。加速段會需要來自擺動馬達49的相當(dāng)大的能量，這通常通過經(jīng)由泵58供應(yīng)到擺動馬達49的加壓流體來實現(xiàn)，而減速段可產(chǎn)生加壓流體形式的相當(dāng)大的能量，這通常經(jīng)由排放到罐53浪費。如果在減速段的過程中經(jīng)過擺動馬達49的流體選擇性地收集在第一貯存器108內(nèi)，該能量可接著在隨后的加速段的過程中返回到(即排放)擺動馬達49并通過擺動馬達49重新使用。擺動馬達49可在加速段的過程中通過選擇性地造成第一貯存器108將加壓流體單獨或與來自泵58的高壓流體一起地排放到擺動馬達49的較高壓力腔室(經(jīng)由排放閥124、通道128、選擇器閥120和第一和第二腔室導(dǎo)管84、86中的適當(dāng)一個)來輔助，由此與單獨經(jīng)由泵58的可能情況相比，通過較小的泵功率以相同或更大的速度推進擺動馬達49。擺動馬達49可以在減速段的過程中通過選擇性地造成第一貯存器108通過離開擺動馬達49的流體填充來輔助，由此為擺動馬達49的運動提供附加阻力，并減小離開擺動馬達49的流體的限制和冷卻需要。
[0039]在替代實施方式中，控制器100可以被構(gòu)造成選擇性地控制第一貯存器108通過離開泵58的流體而不是離開擺動馬達49的流體填充。即，在操作的調(diào)峰或經(jīng)濟模式的過程中，控制器100可被構(gòu)造成在泵58具有過大能力(即大于擺動馬達49需要完成操作者所要求的作業(yè)工具16的當(dāng)前擺動的能力)時，使得貯存器108通過離開泵58 (例如經(jīng)由控制閥56、第一和第二腔室導(dǎo)管84、86中的適當(dāng)一個、選擇器閥126、通道128和填充閥122)填充。接著，在泵58不具有為擺動馬達49充分供能的足夠能力時的過程中，之前在第一貯存器108內(nèi)從泵58收集的高壓流體可以以上描述的方式排放，以輔助擺動馬達49。
[0040]控制器100可被構(gòu)造成根據(jù)機器10的挖掘作業(yè)循環(huán)的當(dāng)前或正在進行段來調(diào)節(jié)第一貯存器108的填充和排放。特別是，根據(jù)從一個或多個性能傳感器141接收的輸入，控制器100可被構(gòu)造成將通過機器10進行的典型作業(yè)循環(huán)分成多個段，例如分成挖掘段、擺動-傾卸加速段、擺動-傾卸減速段、傾卸段、擺動-挖掘加速段和擺動-挖掘減速段，如下面更詳細描述。根據(jù)當(dāng)前正在進行的挖掘作業(yè)循環(huán)的段，控制器100可選擇性地造成第一貯存器108填充或排放，由此在加速和減速段的過程中輔助擺動馬達49。
[0041]將來自傳感器141的信號與挖掘作業(yè)循環(huán)的不同段相關(guān)的一個或多個映射可存儲在控制器100的存儲器內(nèi)。每個這些映射可包括表格、圖表和/或等式形式的數(shù)據(jù)收集。在一個例子中，與一個或多個段的開始和/或結(jié)束相關(guān)的閾值速度、缸壓力和/或操作者輸入(例如桿位置)可存儲在映射內(nèi)。在另一例子中，與一個或多個段的開始和/或結(jié)束相關(guān)的閾值力和/或致動器位置可存儲在映射內(nèi)。控制器100可被構(gòu)造成將來自傳感器141的信號與存儲在存儲器內(nèi)的映射參照，以確定當(dāng)前正在實施的挖掘作業(yè)循環(huán)的段，并接著相應(yīng)地調(diào)節(jié)第一貯存器108的填充和排放。控制器100可允許機器10的操作者直接調(diào)整這些映射和/或從存儲在控制器100的存儲器內(nèi)的可用關(guān)系映射選擇具體映射來根據(jù)希望實現(xiàn)段分割和貯存器控制。如果希望，設(shè)想到映射可另外或替代地根據(jù)機器操作的模式自動選擇。
[0042]傳感器141可與通過擺動馬達49賦予的作業(yè)工具16的大致水平擺動運動(即框架42相對于底架構(gòu)件44的運動)相關(guān)。例如，傳感器141可體現(xiàn)為與擺動馬達49的操作相關(guān)的轉(zhuǎn)動位置或速度傳感器、與框架42和底架構(gòu)件44之間的樞轉(zhuǎn)連接相關(guān)的角度位置或速度傳感器、與將作業(yè)工具16連接到底架構(gòu)件44的任何聯(lián)動構(gòu)件相關(guān)或與作業(yè)工具16本身相關(guān)的當(dāng)?shù)鼗蛉蜃鴺?biāo)位置或速度傳感器、與操作者輸入裝置48的運動相關(guān)的位移傳感器或可以產(chǎn)生指示擺動位置、速度、力或機器10的與擺動相關(guān)的其他參數(shù)的信號的本領(lǐng)域已知的任何其他類型的傳感器。通過傳感器141產(chǎn)生的信號可以在每次挖掘作業(yè)循環(huán)的過程中發(fā)送到控制器100并通過控制器100記錄。如果希望，設(shè)想到控制器100可根據(jù)來自傳感器141的位置信號和流逝時間周期來導(dǎo)出擺動速度。
[0043]替代或另外，傳感器141可與液壓缸28賦予的作業(yè)工具16的豎直樞轉(zhuǎn)運動相關(guān)(即與吊桿24相對于框架42的提升和降低運動相關(guān))。具體地，傳感器141可以是與吊桿24和框架42之間的樞轉(zhuǎn)接頭相關(guān)的角度位置或速度傳感器、與液壓缸28相關(guān)的位移傳感器、與將作業(yè)工具16連接到框架42的任何聯(lián)動構(gòu)件相關(guān)或與作業(yè)工具16本身相關(guān)的當(dāng)?shù)鼗蛉蜃鴺?biāo)位置或速度傳感器、與操作者輸入裝置48的運動相關(guān)的位移傳感器或可以產(chǎn)生指示吊桿24的樞轉(zhuǎn)位置或速度的信號的本領(lǐng)域已知的任何其他類型的傳感器。如果希望，設(shè)想到控制器100可根據(jù)來自傳感器141的位置信號和流逝的時間周期來導(dǎo)出樞轉(zhuǎn)速度。
[0044]在另外的附加實施方式中，傳感器141可與通過液壓缸38賦予的作業(yè)工具16的傾斜力相關(guān)。具體地，傳感器141可以是與液壓缸38內(nèi)的一個或多個腔室相關(guān)的壓力傳感器或者是可以產(chǎn)生指示作業(yè)工具16的挖掘和傾卸操作過程中產(chǎn)生的機器10的傾斜力的信號的本領(lǐng)域已知的任何其他類型的傳感器。
[0045]參考圖3，示例性曲線142可表示相對于挖掘作業(yè)循環(huán)的每個段(例如在與90度卡車裝載相關(guān)的作業(yè)循環(huán))上的時間通過傳感器141產(chǎn)生的擺動速度信號。在大多數(shù)挖掘段的過程中，擺動速度可通常為大約零(即機器10可通常在挖掘操作過程中不擺動)。在挖掘行程完成時，機器10通常被控制以便朝著等待的拖拉車輛12擺動作業(yè)工具16(參考圖1)。因此，機器10的擺動速度可開始朝著挖掘段的結(jié)束增加。隨著挖掘作業(yè)循環(huán)的擺動-傾斜段逐漸進行，擺動速度可在作業(yè)工具16位于挖掘位置18和傾卸位置20之間的大致中間時加速到最大，并且接著朝著擺動-傾卸段的結(jié)束減速。在大多數(shù)傾卸段的過程中，擺動速度可通常為大約零(即機器10可通常在傾卸操作過程中不擺動)。在傾卸完成時，機器10可以通常被控制以使作業(yè)工具16朝著挖掘位置18擺動返回(參考圖1)。因此，機器10的擺動速度可朝著傾卸段的結(jié)束增加。隨著挖掘循環(huán)的擺動-挖掘段逐漸進行，擺動速度可在挖掘循環(huán)的擺動-傾卸段的過程中在與擺動方向相反的方向上加速到最大。該最大速度通常可在作業(yè)工具16位于傾卸位置20和挖掘位置18之間的大致中間時實現(xiàn)。隨著作業(yè)工具16靠近挖掘位置18，作業(yè)工具16的擺動速度可接著朝著擺動-挖掘段的結(jié)束減速?？刂破?00可根據(jù)從傳感器141接收的信號和存儲在存儲器內(nèi)的映射、根據(jù)針對之前的挖掘作業(yè)循環(huán)記錄的擺動速度、傾斜力和/或操作者輸入或以本領(lǐng)域已知的任何其他方式將當(dāng)前挖掘作業(yè)循環(huán)分成如上所述的六個段。
[0046]控制器100可根據(jù)挖掘作業(yè)循環(huán)的當(dāng)前或正在進行的段來選擇性地造成第一貯存器108填充和排放。例如，圖3的圖表部分144 (即下部)表示可以在其期間完成挖掘循環(huán)的操作的六種不同模式，同時還相對于每個挖掘作業(yè)循環(huán)的段，指出何時控制第一貯存器108以便通過加壓流體填充(通過“C”表示)，或者排放加壓流體(通過“D”表示)。第一貯存器108可被控制以便在通道128內(nèi)的壓力大于第一貯存器108內(nèi)的壓力時通過使填充閥的閥元件134運動到第二或流過位置來通過加壓流體填充。第一貯存器108可被控制以便在第一貯存器108內(nèi)的壓力大于通道128內(nèi)的壓力時通過使閥元件138運動到第二或流過位置來排放加壓流體。
[0047]根據(jù)圖3的圖表，可以進行一些總體觀察。首先，可以看到控制器100可防止第一貯存器108在操作的所有模式的挖掘和傾卸段的過程中接收或排放流體(即在挖掘和傾卸段的過程中，控制器100可將閥元件134和138保持在阻斷流動的第一位置上)?？刂破?00可在挖掘和傾卸段的過程中防止填充和排放，因為在挖掘作業(yè)循環(huán)的這些部分完成的過程中不需要或幾乎不需要擺動運動。其次，對于大多數(shù)模式(例如對于模式2-6)，控制器100在其期間造成第一貯存器108接收流體的段的數(shù)量可大于控制器100在其期間造成第一貯存器108排放流體的段的數(shù)量?？刂破?00可通常造成第一貯存器108比排放更經(jīng)常地填充，因為足夠高壓力下(即大于第一貯存器108的閾值壓力的壓力下)可用的填充能量的大小可小于執(zhí)行系統(tǒng)14運動過程中所需的能量大小。第三，對于所有模式，控制器100在其期間造成第一貯存器108排放流體的段的數(shù)量可小于或等于控制器100在其期間造成第一貯存器108接收流體的段的數(shù)量。第四，對于所有模式，控制器100可造成第一貯存器108只在擺動-挖掘或擺動-傾卸加速段的過程中排放流體。在挖掘循環(huán)的任何其它段的過程中的排放可只用來減小機器效率。第五，對于大部分操作模式(例如對于模式1-4)，控制器100可造成第一貯存器108只在擺動-挖掘或擺動-傾卸減速段的過程中接收流體。
[0048]模式I可與加強擺動操作相對應(yīng)，其中大量擺動能量可用于通過第一貯存器108存儲。示例性的加強擺動操作可包括150度ο (或更大)的擺動操作，例如圖1所示的卡車裝載的例子、材料處理(例如使用抓斗或磁體)、從附近料堆的料斗供給或其中機器10的操作者通常需要急速停止-前進的指令的另一操作。在以模式I操作時，控制器100可被構(gòu)造成在擺動-傾卸加速段的過程中造成第一貯存器108排放流體到擺動馬達49，在擺動-傾卸減速段的過程中從擺動馬達49接收流體，在擺動-挖掘加速段的過程中排放流體到擺動馬達49并在擺動-挖掘減速段的過程中從擺動馬達49接收流體。
[0049]控制器100可通過機器10的操作者命令當(dāng)前進行第一操作模式(例如正在進行卡車裝載)，或者替代地，控制器100可根據(jù)經(jīng)由傳感器141監(jiān)視的機器10的性能自動識別第一模式中的操作。例如，控制器100可監(jiān)視執(zhí)行系統(tǒng)14在停止位置之間(即挖掘和傾卸位置18和20之間)的擺動角度，并且在擺動角度反復(fù)大于閾值角度時，例如大于大約150度時，控制器100可確定進行第一操作模式。在另一例子中，輸入裝置48的操控可經(jīng)由傳感器141監(jiān)視，以檢測指示模式I操作的“粗略”輸入。特別是，如果在短時間段內(nèi)(例如大約2秒或更小)輸入反復(fù)從低閾值以下(例如大約10%的桿指令)運動到高閾值水平以上(例如大約100%的桿指令)，輸入裝置48可被認(rèn)為以粗略方式輸入，并且控制器100可響應(yīng)地確定進行第一操作模式。在最后例子中，控制器100可例如在反復(fù)達到閾值壓力時根據(jù)循環(huán)和/或貯存器100內(nèi)的壓力來確定進行第一操作模式。在此最后例子中，閾值壓力可是最大壓力的大約75%。
[0050]模式2-4可總體上與擺動操作相對應(yīng)，其中只有有限量的擺動能量可用于通過第一貯存器108存儲。具有有限量的能量的示例性擺動操作可包括90度卡車裝載、45度挖溝、夯實或緩慢和平穩(wěn)起重。在這些操作的過程中，流體能量會需要在可以大量排放累積能量之前從挖掘作業(yè)循環(huán)的兩個或更多段累積。應(yīng)該注意到，雖然模式4被示出為允許從第一貯存器108的排放的兩個段，一個段(例如擺動-傾卸段)可只允許累積能量的部分排放。如同以上描述的模式1，模式2-4可通過機器10的操作者手動觸發(fā)，或者替代地，根據(jù)經(jīng)由傳感器141監(jiān)視的機器10的性能自動觸發(fā)。例如，在確定機器10反復(fù)擺動經(jīng)過小于大約100度的角度，控制器100可確定進行模式2-4中的一個模式。在另一例子中，控制器100可根據(jù)操作者要求的吊桿運動小于閾值量(例如對于模式2或4小于大約80%的桿指令)和/或作業(yè)工具傾斜小于閾值量(例如對于模式3或4小于大約80%的桿指令)來確定進行模式 2-4。
[0051]在模式2的過程中，控制器100可只在擺動-傾卸加速段的過程中造成第一貯存器108排放流體到擺動馬達49，在擺動-傾卸減速段的過程中從擺動馬達49接收流體，并在擺動-挖掘減速段的過程中從擺動馬達49接收流體。在模式3的過程中，控制器100可造成第一貯存器108在擺動-傾卸減速段的過程中從擺動馬達49接收流體，只在擺動-挖掘加速段的過程中排放流體到擺動馬達49，并在擺動-挖掘減速段的過程中從擺動馬達49接收流體。在模式4的過程中，控制器100可造成第一貯存器108在擺動-傾卸加速段的過程中只將之前回收的流體的一部分排放到擺動馬達49，在擺動-傾卸減速段的過程中從擺動馬達49接收流體，在擺動-挖掘加速段的過程中排放流體到擺動馬達49，并在擺動-挖掘減速段的過程中從擺動馬達49接收流體。
[0052]模式5和6可以已知為經(jīng)濟或調(diào)峰模式，其中在挖掘作業(yè)循環(huán)的一個段的過程中通過泵58產(chǎn)生并被存儲以便在小于足夠流體能量的另一段的過程中使用的過多流體能量(流體能量超過根據(jù)操作者要求充分驅(qū)動擺動馬達49所需的大小)可用于希望的擺動操作。在這些操作模式中，在可以得到過多流體能量時，控制器100可在擺動加速段的過程中(例如在擺動-傾卸或擺動-挖掘加速段)造成第一貯存器108通過來自泵58的加壓流體填充?？刂破?00可接著在可用的能量不太足夠時的另一加速段的過程中造成第一貯存器108排放累積的流體。具體地，在模式5的過程中，對于總共三個填充段和一個排放段來說，控制器100可造成第一貯存器108只在擺動-傾卸加速段的過程中排放流體到擺動馬達49，并在擺動-傾卸減速段的過程中從擺動馬達49接收流體，在擺動-挖掘加速段的過程中從泵58接收流體，并在擺動-挖掘減速段的過程中從擺動馬達49接收流體。在模式6的過程中，控制器100可造成第一貯存器108在擺動-傾卸加速段的過程中從泵58接收流體，在擺動-傾卸減速段的過程中從擺動馬達49接收流體，在擺動-挖掘加速段的過程中排放流體到擺動馬達49并在擺動-挖掘減速段的過程中從擺動馬達49接收流體。
[0053]應(yīng)該注意到控制器100可在第一貯存器108的填充和排放過程中通過第一腔室導(dǎo)管84、第二腔室導(dǎo)管86和第一貯存器108內(nèi)的流體壓力限制。即，即使特定操作模式過程中的機器10的作業(yè)循環(huán)內(nèi)的特定段會需要第一貯存器108填充或排放，控制器100可只允許在相關(guān)壓力具有相應(yīng)值時實施該動作。例如，如果傳感器102指示第一貯存器108內(nèi)的流體壓力在第一腔室導(dǎo)管84內(nèi)的流體壓力以下，控制器100不會允許開始第一貯存器108排放到第一腔室導(dǎo)管84內(nèi)。類似地，如果傳感器102指示第二腔室導(dǎo)管86內(nèi)的流體壓力小于第一貯存器108內(nèi)的流體壓力，控制器100不會允許開始第一貯存器108通過來自第二腔室導(dǎo)管86的流體填充。不僅示例性的過程不能在相關(guān)壓力不適當(dāng)?shù)奶囟〞r刻實施，而且實施該過程的嘗試會造成不希望的機器性能。
[0054]在加壓流體從第一貯存器108排放到擺動馬達49的過程中，離開擺動馬達49的流體可仍具有升高的壓力，如果允許排放到罐60，會被浪費。此時，第二貯存器110可被構(gòu)造成在第一貯存器108排放流體到擺動馬達49的任何時刻通過離開擺動馬達49的流體填充。另外，在第一貯存器108的填充過程中，擺動馬達49可能從泵58接收過少的流體，并且除非通過其它方式補充，在這些狀況下，從泵58到擺動馬達49的不充分的流體供應(yīng)可造成擺動馬達49形成空穴效應(yīng)。因此，第二貯存器110可被構(gòu)造成在第一貯存器108通過來自擺動馬達49的流體填充的任何時刻排放到擺動馬達49。
[0055]如上所述，第二貯存器110可在排放通道78內(nèi)的壓力降低到第二貯存器110內(nèi)的流體壓力以下的任何時刻排放流體。因此，流體從第二貯存器110排放到第一回路52內(nèi)不能經(jīng)由控制器100直接調(diào)節(jié)。但是，由于第二貯存器110可在排放通道88內(nèi)的壓力超過第二貯存器110內(nèi)的流體壓力時通過來自第一回路52的流體填充，并且由于控制閥56可影響排放通道88內(nèi)的壓力，控制器100可經(jīng)由控制閥56對于第二貯存器110通過來自第一回路52的流體填充進行一些控制。
[0056]在一些情況下，第一和第二貯存器108、110都可以同時通過加壓流體填充。這些情況可例如與調(diào)峰模式中(即在模式5和6中)的操作相對應(yīng)。特別是，第二貯存器100可以在泵58提供加壓流體到擺動馬達49和第一貯存器108時(例如在模式5的擺動-挖掘加速段的過程中和/或在模式6的擺動-傾卸加速段的過程中)通過加壓流體同時填充。此時，離開泵58的流體可被引導(dǎo)到第一貯存器108內(nèi)，而離開擺動馬達49的流體可被引導(dǎo)到第二貯存器110內(nèi)。
[0057]如果希望，第二貯存器110可在狀況允許時經(jīng)由第二回路54填充。特別是，在來自第二回路54的廢棄流體(即從第二回路54排放到罐60的流體)具有大于第二貯存器110的閾值壓力的任何時刻，廢棄流體可被收集在第二貯存器110內(nèi)。以類似的方式，在第二回路54內(nèi)的壓力降低到第二貯存器110內(nèi)收集的流體壓力以下時，第二貯存器110內(nèi)的加壓流體可被選擇性地排放到第二回路54內(nèi)。
[0058]圖4示出擺動能量回收系統(tǒng)50的替代實施方式。類似于圖2的實施方式，圖4的擺動能量回收系統(tǒng)50可包括經(jīng)由擺動控制閥56流體連接到擺動馬達49的泵58以及布置在擺動馬達49和擺動控制閥56之間的能量回收布置104，以便選擇性地從擺動馬達49回收流體能量并增加擺動馬達49的性能。但是，與圖2的實施方式相比，擺動馬達49內(nèi)的兩個壓力釋放閥76可通過另外的成對止回閥74代替，允許流體從第一和第二腔室導(dǎo)管84、86經(jīng)過釋放通道72流入低壓通道78的單向流動。另外，單個壓力釋放閥146可在另外的成對止回閥74和低壓通道78之間插入釋放通道72內(nèi)。
[0059]壓力釋放閥146可以是本領(lǐng)域已知的任何類型的多設(shè)置(例如雙設(shè)置或可變設(shè)置)的釋放閥。壓力釋放閥146可包括能夠在第一位置和第二位置之間運動的閥元件148，在第一位置上，防止來自釋放通道72的流體流入低壓通道78，在第二位置上，允許流體從釋放通道72經(jīng)過壓力釋放閥146進入低壓通道78。閥元件148能夠在釋放通道72內(nèi)的壓力超過作用在閥元件148上的閉合力時運動離開第一位置，并能夠運動到與壓力幅值相關(guān)的流過位置(即第一和第二位置之間的位置)。例如，在正常操作狀況的過程中，在釋放通道72內(nèi)的壓力接近或超過第一貯存器108的最小或較低壓力閾值時(例如在壓力超過大約305巴的裂開壓力時)，閥元件148可開始從第一位置朝著第二位置運動，并大致在壓力接近大約315巴的最大壓力設(shè)置時完全實現(xiàn)第二位置。在此例子中，在正常操作狀況的過程中，壓力釋放閥146可具有等于大約310巴的平均壓力設(shè)置。
[0060]壓力釋放閥146的設(shè)置(即裂開、最大和/或平均壓力設(shè)置)可通過控制器100選擇性地改變。例如，在控制器100確定存在異常狀況時，控制器100可降低壓力釋放閥146的壓力設(shè)置，以便在異常狀況的過程中幫助保護擺動能量回收系統(tǒng)50的部件。在本發(fā)明的例子中，控制器100可在異常狀況的過程中電氣、機械、流體和/或氣動地調(diào)節(jié)作用在閥元件148上的閉合力，使得在釋放通道72內(nèi)的壓力達到大約280巴時(即使得壓力釋放閥146具有大約280巴的較低裂開壓力設(shè)置)，閥元件148開始從第一位置朝著第二位置運動，并在壓力達到大約290巴時(即在壓力達到大約290巴的最大壓力設(shè)置時)完全實現(xiàn)第二位置。在異常狀況的過程中，壓力釋放閥146可以通過控制器100調(diào)節(jié)，以便具有等于大約285巴的平均壓力設(shè)置。
[0061]控制器100在其期間減小壓力釋放閥146的壓力設(shè)置的異常狀況可以與能量回收布置104的功能相關(guān)。具體地，在控制器100確定能量回收布置104根據(jù)希望操作時(即正常地)，控制器100可保持壓力釋放閥146的較高壓力設(shè)置。但是，在控制器100確定能量回收布置104已經(jīng)出現(xiàn)或?qū)⒁霈F(xiàn)故障時，控制器100可響應(yīng)地減小壓力釋放閥146的壓力設(shè)置。根據(jù)能量回收布置104的多種測量和/或計算性能參數(shù)，例如根據(jù)通過傳感器102產(chǎn)生的壓力和/或溫度信號和/或根據(jù)本領(lǐng)域已知的其它參數(shù)，控制器100可確定能量回收布置104已經(jīng)出現(xiàn)或?qū)⒁霈F(xiàn)故障。即在壓力、溫度、擺動馬達速度、密度、粘度和/或與能量回收布置104相關(guān)的其它性能參數(shù)偏離期望范圍時，控制器100可確定已經(jīng)出現(xiàn)或?qū)⒁霈F(xiàn)故障，并響應(yīng)地減小壓力釋放閥146的一個或多個壓力設(shè)置。
[0062]控制器100可進一步被構(gòu)造成在異常操作狀況的過程中基本上隔離或停用能量回收布置104。具體地，在控制器100確定能量回收布置104已經(jīng)出現(xiàn)或?qū)⒁霈F(xiàn)故障時，控制器100可被構(gòu)造成使得填充和排放閥122、124防止流體流入或流出第一貯存器108。在防止流體流過填充和排放閥122、124時，能量回收布置104可對于擺動馬達49的操作具有很小的影響(如果有的話)。應(yīng)該注意到，不管能量回收布置104的功能，第二貯存器110可總是保持能夠與擺動馬達49流體連通(即在能量回收布置104故障的過程中，第二貯存器110不能與擺動馬達49隔離)。
[0063]工業(yè)實用性
[0064]本發(fā)明的擺動能量回收系統(tǒng)可適用于執(zhí)行涉及作業(yè)工具的擺動運動的大致重復(fù)作業(yè)循環(huán)的任何挖掘機器。本發(fā)明的擺動能量回收系統(tǒng)可有助于根據(jù)當(dāng)前操作模式在作業(yè)循環(huán)的不同段的過程中通過輔助作業(yè)工具的擺動加速和減速改善機器性能和效率。另外，本發(fā)明的擺動能量回收系統(tǒng)可根據(jù)能量回收系統(tǒng)的操作狀況通過選擇性地減小釋放閥壓力設(shè)置提供失效保護功能。[0065]多種優(yōu)點可與本發(fā)明的擺動能量回收系統(tǒng)相關(guān)。首先，由于擺動能量回收系統(tǒng)50可利用高壓貯存器和低壓貯存器(即第一和第二貯存器108、110)，在挖掘作業(yè)循環(huán)的加速段的過程中從擺動馬達49排放的流體可回收在第二貯存器110內(nèi)。這種能量的雙重回收可有助于增加機器10的效率。其次，第二貯存器110的使用可有助于減小擺動馬達49處的空穴的可能性。第三，根據(jù)挖掘作業(yè)循環(huán)的當(dāng)前段和/或當(dāng)前操作模式來調(diào)節(jié)貯存器填充和排放的能力可允許擺動能力回收系統(tǒng)50針對特定應(yīng)用來調(diào)整機器10的擺動性能，由此增加機器性能和/或進一步改善機器效率。最后，通過使用多設(shè)置壓力釋放閥，本發(fā)明的能量回收系統(tǒng)的部件可在異常狀況的過程中得到保護。
[0066]本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將明白針對本發(fā)明的擺動能量回收系統(tǒng)可進行多種變型和改型。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員從說明書的考慮和本發(fā)明的擺動能量回收系統(tǒng)的實踐中明白其它的實施方式。意圖在于說明書和例子只作為示例性考慮，真實范圍通過以下權(quán)利要求及其等同物來指明。
【權(quán)利要求】
1.一種擺動能量回收系統(tǒng)(50),包括: 能夠加壓流體的泵(58); 通過來自泵的加壓流體流驅(qū)動的馬達(49)； 能夠接收從馬達排放的流體以及將流體排放到馬達的貯存器(108); 布置在貯存器和馬達之間的第一閥(120)，第一閥能夠響應(yīng)于流體連接到馬達的第一導(dǎo)管(84)和第二導(dǎo)管(86)之間的壓力差運動； 布置在貯存器和第一閥之間的第二閥(122)，第二閥能夠選擇性運動，以允許從馬達排放的流體進入貯存器；以及 布置在貯存器和第一閥之間的第三閥(124)，第三閥能夠選擇性運動，以允許從貯存器排放的流體進入馬達； 其中，響應(yīng)于馬達的減速，第一閥能夠運動到基于具有最高壓力的相應(yīng)第一或第二導(dǎo)管將相應(yīng)的第一或第二導(dǎo)管連接到貯存器并使得第一或第二導(dǎo)管中的另一個與貯存器斷開連接的位置，第二閥能夠運動到允許從馬達排放的流體填充貯存器的位置，并且第三閥能夠運動到防止從馬達排放的流體進入貯存器的位置， 其中，響應(yīng)于馬達的加速，第一閥能夠運動到基于具有最高壓力的相應(yīng)的第一或第二導(dǎo)管將相應(yīng)的第一或第二導(dǎo)管連接到貯存器并使得第一或第二導(dǎo)管中的另一個與貯存器斷開連接的位置，并且第三閥能夠運動到允許從貯存器排放的流體有助于馬達加速的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擺動能量回收系統(tǒng)，還包括流體連接在第一閥、第二閥和第三閥之間的公共通道(128)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的擺動能量回收系統(tǒng)，還包括布置在泵和第一閥之間的控制閥(56)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擺動能量回收系統(tǒng)，還包括與馬達相聯(lián)的壓力釋放閥(146)，并且貯存器、第一閥、第二閥和第三閥限定能量回收布置；以及與壓力釋放閥連通的控制器(100)，控制器能夠根據(jù)能量回收布置的操作狀況選擇性地調(diào)節(jié)壓力釋放閥的設(shè)置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的擺動能量回收系統(tǒng)，其中: 控制器能夠: 在能量回收布置的正常操作狀況的過程中，保持壓力釋放閥的設(shè)置大于貯存器的上壓力閾值；以及 在能量回收布置的異常操作狀況的過程中，將壓力釋放閥的設(shè)置減小到貯存器的平均操作壓力。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的擺動能量回收系統(tǒng)，其中，貯存器的上壓力閾值是大約300巴，并且其中貯存器的平均操作壓力是大約280巴。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的擺動能量回收系統(tǒng)，其中: 貯存器包括高壓貯存器(108 )，系統(tǒng)還包括低壓貯存器(110 );并且 控制器能夠: 在能量回收布置的正常操作狀況的過程中，將壓力釋放閥的設(shè)置保持大于高壓貯存器的上壓力閾值；以及 在能量回收布置的異常操作狀況的過程中，將壓力釋放閥的設(shè)置減小到高壓貯存器的平均操作壓力。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的擺動能量回收系統(tǒng)，還包括能夠產(chǎn)生指示能量回收布置的性能參數(shù)的信號的傳感器(141)，其中控制器能夠根據(jù)該信號確定已經(jīng)出現(xiàn)故障或?qū)⒁霈F(xiàn)故障。
9.一種控制機器(10)的方法,包括: 加壓流體； 引導(dǎo)加壓流體經(jīng)過馬達(49)，以擺動作業(yè)工具(16)； 從馬達選擇性地回收流體能量并根據(jù)馬達加速和減速將回收的流體能量引導(dǎo)到馬達； 響應(yīng)于馬達減速，運動第一閥(120)到基于流體聯(lián)接到馬達的第一導(dǎo)管(84)或第二導(dǎo)管(86)的最高壓力以便將相應(yīng)導(dǎo)管連接到貯存器并斷開另一導(dǎo)管與貯存器的連接的位置，運動第二閥(122)到允許從馬達排放的流體填充貯存器的位置，并且運動第三閥(124)到防止從馬達排放的流體進入貯存器的位置； 響應(yīng)于馬達加速，運動第一閥到基于流體聯(lián)接到馬達的第一或第二導(dǎo)管的最高壓力以便將相應(yīng)導(dǎo)管連接到貯存器并斷開另一導(dǎo)管與貯存器的連接的位置，并運動第三閥到允許從貯存器排放的流體有助于馬達加速的位置。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中: 在壓力超過閾值壓力時，選擇性地釋放與馬達連通的流體的壓力；并且根據(jù)由貯存器和第一閥、第二閥和第三閥限定的能量回收布置(104)的操作，選擇性地調(diào)節(jié)閾值壓力。
【文檔編號】E02F9/22GK103732927SQ201280039377
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2012年6月14日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月28日
【發(fā)明者】章佼, D·陳, 馬鵬飛, 尚同林, L·托內(nèi)蒂, J·庫恩 申請人:卡特彼勒公司